docC:\Andrzej\PDF\ABC nagrywania p³yt CD\1 strona.cdr
download 
Reklamacja Transkrypt
C:\Andrzej\PDF\ABC nagrywania p³yt CD\1 strona.cdr
IDZ DO PRZYK£ADOWY ROZDZIA£ SPIS TRECI KATALOG KSI¥¯EK KATALOG ONLINE ZAMÓW DRUKOWANY KATALOG TWÓJ KOSZYK DODAJ DO KOSZYKA CENNIK I INFORMACJE ZAMÓW INFORMACJE O NOWOCIACH ZAMÓW CENNIK CZYTELNIA FRAGMENTY KSI¥¯EK ONLINE Wydawnictwo Helion ul. Chopina 6 44-100 Gliwice tel. (32)230-98-63 e-mail: [email protected] .NET CLR. Ksiêga eksperta Autor: Kevin Burton T³umaczenie: Marcin Jêdrysiak ISBN: 83-7197-780-8 Tytu³ orygina³u: .NET Common Language Runtime Unleashed Format: B5, stron: 868 „.NET CLR. Ksiêga eksperta” to ca³ociowe opracowanie powiêcone g³ównemu sk³adnikowi platformy .NET Microsoftu, jakim jest Common Language Runtime. CLR pozwala na korzystanie z dowolnych jêzyków programowania zgodnych z .NET udostêpniaj¹c im wspólne us³ugi. Niezale¿nie od tego, czy uruchamiasz kod napisany w VB, C#, zarz¹dzanym C++, JScripcie czy te¿ w dowolnym innym obs³ugiwanym przez platformê .NET jêzyku — wykorzystywane s¹ funkcje i us³ugi CLR. Tematy poruszone w ksi¹¿ce obejmuj¹ m.in.: • Typy .NET i Common Type System (CTS) • Strukturê i uk³ad metadanych podzespo³u .NET • Wspó³pracê COM i COM+ z komponentami .NET • Integracjê z bibliotekami Win32 DLL poprzez P/Invoke • Zarz¹dzanie pamiêci¹ i zasobami w CLR • Zarz¹dzanie i u¿ycie w¹tków w rodowisku .NET • Tworzenie wydajnych aplikacji do obs³ugi sieci równorzêdnych • Tworzenie rozproszonych aplikacji • Interakcje aplikacji poprzez zdarzenia i delegaty • Obs³ugê b³êdów w .NET przy u¿yciu wyj¹tków • Tworzenie i obs³ugê bezpiecznych aplikacji dziêki zabezpieczeniom .NET • Dynamiczne uzyskiwanie informacji o typach poprzez refleksjê • U¿ycie narzêdzi do globalizacji i lokalizacji • Usuwanie b³êdów aplikacji .NET • Profilowanie aplikacji .NET • Omówienie sk³adni C# i najwa¿niejszych kwestii zwi¹zanych z tym jêzykiem • Przegl¹d bibliotek struktury .NET • Tworzenie w³asnego hosta CLR • Porównanie CLR i JVM Je¿eli chcesz zajmowaæ siê pisaniem aplikacji opartych na .NET, „.NET CLR. Ksiêga eksperta” stanowiæ bêdzie cenne uzupe³nienie Twojej wiedzy i pozwoli na lepsze zrozumienie zasad, na których oparta jest ta platforma. 5RKUVTGħEK Krótka historia CLR ..............................................................................................................................30 Omówienie zarządzanego środowiska wykonawczego.........................................................................30 Bezpieczeństwo typów ....................................................................................................................32 Pełne bezpieczeństwo......................................................................................................................34 Obsługa wielu języków ...................................................................................................................35 Wydajność i skalowalność ..............................................................................................................36 Wdrażanie........................................................................................................................................37 Metadane i samoopisujący kod .......................................................................................................38 Oczyszczanie pamięci i zarządzanie zasobami ...............................................................................39 Ewolucja COM................................................................................................................................39 Obsługa wątków ..............................................................................................................................40 Obsługa sieci ...................................................................................................................................40 Zdarzenia .........................................................................................................................................40 Konsekwentna obsługa błędów .......................................................................................................40 Uzyskiwanie informacji o typie w czasie pracy aplikacji ...............................................................41 Globalizacja.....................................................................................................................................41 Usuwanie błędów i profilowanie.....................................................................................................41 Podsumowanie.......................................................................................................................................41 !"#$%%%& '( Common Type System (CTS) ...............................................................................................................43 Typy wartości ..................................................................................................................................44 Typy odwołań..................................................................................................................................48 Cechy Common Language Specification ..............................................................................................56 Nazewnictwo ...................................................................................................................................56 Elementy składowe typu .................................................................................................................61 Właściwości ....................................................................................................................................64 Zdarzenia .........................................................................................................................................67 Tablice .............................................................................................................................................68 Wyliczenia.......................................................................................................................................68 Wyjątki ............................................................................................................................................69 Własne atrybuty...............................................................................................................................70 Podsumowanie.......................................................................................................................................72 ( !" #&%) ( Wprowadzenie do środowiska wykonawczego .....................................................................................74 Uruchamianie metody............................................................................................................................75 Typy obsługiwane przez IL.............................................................................................................76 Wykonawczy wątek kontroli...........................................................................................................79 Sterowanie działaniem metody .......................................................................................................80 Podsumowanie.......................................................................................................................................89 ! "# ' & ( Przedstawienie podzespołu .NET ..........................................................................................................94 Niezależność od języka programowania .........................................................................................95 Metadane — podstawa dla równoległego wdrażania i obsługi wielu wersji ..................................96 Metadane a dokładniejsze zabezpieczenia ......................................................................................96 Większa produktywność programisty .............................................................................................97 Bezproblemowa interakcja z niezarządzanymi interfejsami API....................................................97 Praca zdalna.....................................................................................................................................97 Tworzenie międzynarodowych wersji aplikacji..............................................................................97 Koszt metadanych ...........................................................................................................................98 Ogólna struktura podzespołu .................................................................................................................98 Szczegółowe omówienie struktury podzespołu...................................................................................103 Niezarządzany interfejs API i dostęp do metadanych podzespołu......................................................111 Fizyczna struktura podzespołu ............................................................................................................115 Tablica Module (0x00)..................................................................................................................119 Tablica TypeRef (0x01) ................................................................................................................121 Tablica TypeDef (0x02) ................................................................................................................123 Tablica MethodDef (0x06)............................................................................................................125 Tablica MemberRef (0x0A) ..........................................................................................................130 Tablica CustomAttribute (0x0C)...................................................................................................130 Tablica Assembly (0x20) ..............................................................................................................131 Tablica AssemblyRef (0x23) ........................................................................................................131 Podsumowanie.....................................................................................................................................132 %$%*" (( Miejsce IL w procesie programowania ...............................................................................................133 Podręcznik ILDASM...........................................................................................................................134 Podstawy języka IL .............................................................................................................................135 Najczęściej używane polecenia IL ......................................................................................................139 Polecenia IL do ładowania wartości..............................................................................................139 Polecenia IL do składowania.........................................................................................................142 Polecenia IL do sterowania działaniem kodu................................................................................143 Polecenia operacji IL.....................................................................................................................147 Polecenia modelu obiektów IL......................................................................................................148 Podsumowanie.....................................................................................................................................149 + ,--)$ Problemy z instalacją klienta Windows...............................................................................................151 Wdrażanie i publikowanie aplikacji .NET ..........................................................................................153 Identyfikacja kodu poprzez silną nazwę..............................................................................................153 Wdrażanie prywatnego podzespołu.....................................................................................................157 Instalacja współdzielonego kodu.........................................................................................................159 Wyszukiwanie podzespołów ...............................................................................................................162 Badanie plików zasad....................................................................................................................163 Sprawdzenie wcześniejszych odwołań do podzespołu .................................................................165 Sprawdzenie GAC.........................................................................................................................165 Wyszukiwanie podzespołu ............................................................................................................165 Administracja zasadami.......................................................................................................................166 Domyślna zasada wiązania............................................................................................................166 Zmiana zasady wiązania poprzez plik zasad aplikacji ..................................................................166 Zmiana zasady wiązania poprzez plik zasad wydawcy.................................................................168 Zmiana zasady wiązania poprzez plik zasad komputera...............................................................169 Podsumowanie.....................................................................................................................................170 $%& '!! ! ! ## %%%$).*/ ( Omówienie P/Invoke ...........................................................................................................................173 Dlaczego współpraca z klasycznym kodem? ......................................................................................175 Niektóre inne metody współpracy z klasycznym kodem ....................................................................176 Użycie P/Invoke ..................................................................................................................................177 Deklaracja funkcji — atrybut DLLImport ....................................................................................177 Szeregowanie ................................................................................................................................180 Użycie zarządzanych rozszerzeń VC++........................................................................................190 Wpływ P/Invoke na wydajność aplikacji ............................................................................................194 Podsumowanie.....................................................................................................................................194 0 12%)!3!34% Runtime Callable Wrapper ..................................................................................................................196 Przykładowa aplikacja demonstrująca użycie RCW.....................................................................198 Programowe generowanie podzespołu współpracy.............................................................................204 Późne wiązanie z komponentem COM ...............................................................................................206 Współpraca z elementami sterującymi ActiveX .................................................................................207 Współpraca z SOAP ............................................................................................................................211 Podsumowanie.....................................................................................................................................212 12%) $!3!34 Dlaczego warto tworzyć komponent .NET zachowujący się jak składnik COM?..............................215 Podstawy współpracy niezarządzanego i zarządzanego kodu.............................................................216 Eksportowanie metadanych do biblioteki typów ..........................................................................217 Rejestracja informacji w bibliotece typów....................................................................................230 Demonstracja współpracy COM z klasą Arithmetic.....................................................................232 Demonstracja współpracy COM z Excelem .................................................................................232 Zaawansowane funkcje współpracy COM....................................................................................235 Podsumowanie.....................................................................................................................................240 5 6), '( Omówienie sposobu zarządzania zasobami w strukturze .NET..........................................................243 Porównanie alokacji w strukturze .NET i C-Runtime...................................................................247 Optymalizacja oczyszczania pamięci poprzez generacje..............................................................250 Finalizacja .....................................................................................................................................250 Zarządzanie zasobami poprzez obiekt Disposable........................................................................256 Duże obiekty........................................................................................................................................261 WeakReference lub wyścig z mechanizmem oczyszczania pamięci ..................................................262 Podsumowanie.....................................................................................................................................264 ,& + Prezentacja wątków .............................................................................................................................266 Tworzenie i uruchamianie wątków ...............................................................................................266 Witaj świecie .................................................................................................................................268 Wielozakresowy delegat wątku.....................................................................................................268 Przekazywanie informacji do wątku .............................................................................................270 Inne operacje wykonywane na wątkach ..............................................................................................273 AppDomain .........................................................................................................................................275 Synchronizacja.....................................................................................................................................278 Monitor i Lock ..............................................................................................................................280 Zsynchronizowane zbiory .............................................................................................................282 Klasy synchronizacji wątków........................................................................................................282 Oczekiwanie poprzez WaitHandle ................................................................................................282 Klasa Interlocked...........................................................................................................................283 Słowo kluczowe volatile ...............................................................................................................283 Metoda Join ...................................................................................................................................283 Invoke, BeginInvoke oraz EndInvoke...........................................................................................283 Pierwszy przykład synchronizacji — obiad filozofów .................................................................284 Drugi przykład synchronizacji — koszyk z kolorowymi piłkami ................................................285 Pula wątków ........................................................................................................................................286 QueueUserWorkItem ....................................................................................................................286 RegisterWaitForSingleObject .......................................................................................................289 Podsumowanie.....................................................................................................................................291 ,) ( Krótka historia rozproszonych aplikacji..............................................................................................293 Tradycyjne gniazda..............................................................................................................................294 WinSock ..............................................................................................................................................295 Klasy sieciowe .NET ...........................................................................................................................295 Produktywne tworzenie oprogramowania sieciowego..................................................................296 Warstwowy stos sieci ....................................................................................................................296 Scenariusze dla aplikacji serwerowych i klienckich .....................................................................296 Elastyczność ..................................................................................................................................296 Zgodność ze standardami ..............................................................................................................296 Gniazdo w .NET ..................................................................................................................................297 Gniazdo UDP ................................................................................................................................297 Gniazdo TCP .................................................................................................................................306 Opcje Socket .................................................................................................................................311 Użycie IOControl ..........................................................................................................................316 Asynchroniczne operacje na gniazdach ........................................................................................317 Klasy transportowe .NET ....................................................................................................................323 Klasa UDP.....................................................................................................................................324 Klasa TCP .....................................................................................................................................326 Klasy protokołów .NET.......................................................................................................................333 Obsługa HTTP, HTTPS i FILE.....................................................................................................334 Programowanie asynchroniczne....................................................................................................336 Proste metody pobierania i przekazywania danych ......................................................................340 Aplikacje Windows .......................................................................................................................341 Zarządzanie połączeniem ....................................................................................................................344 ServicePoint i ServicePointManager.............................................................................................346 Zarządzanie połączeniem i wydajność ..........................................................................................346 Bezpieczeństwo sieciowe ....................................................................................................................350 Uwierzytelnianie ...........................................................................................................................351 Zabezpieczenia dostępu do kodu...................................................................................................352 Dostęp do HTTP............................................................................................................................352 Dostęp do gniazda .........................................................................................................................352 Rozwiązywanie nazw DNS ...........................................................................................................353 Podsumowanie.....................................................................................................................................353 ( 7%)8-)$ %2%) 9:7 ( Aplikacje rozproszone .........................................................................................................................356 Użycie .NET do rozpraszania aplikacji.........................................................................................356 Architektura Remoting ........................................................................................................................365 Zdalne obiekty .....................................................................................................................................367 Prosty serwer czasu korzystający z .NET Remoting.....................................................................369 Serwer czasu korzystający z hosta IIS ..........................................................................................375 Tworzenie egzemplarza zdalnego obiektu przy użyciu Activator.GetObject...............................376 Tworzenie egzemplarza zdalnego obiektu przy użyciu RemotingServices.Connect....................377 Tworzenie egzemplarza zdalnego obiektu przy użyciu RegisterWellKnownClientType.............377 Użycie obiektu Client-Activated ...................................................................................................377 Asynchroniczne wywołania do zdalnego obiektu .........................................................................378 Generowanie i użycie opisu WSDL zdalnego obiektu..................................................................380 Użycie usługi WWW poprzez Remoting ......................................................................................383 Użycie usługi WWW poprzez interfejsy API Remoting ..............................................................384 Użycie wywołań SOAP z poziomu COM.....................................................................................384 Konwersja komponentu COM+ do usługi WWW poprzez funkcje Remoting.............................387 Zaawansowane kwestie związane ze zdalną pracą..............................................................................388 Implementacja własnego ujścia kanału do blokowania określonych adresów IP .........................388 Implementacja własnego ujścia kanału dziennika.........................................................................393 Przedłużanie i kontrolowanie cyklu życia zdalnego obiektu ........................................................397 Wybranie najlepszej kombinacji kanału i formatera.....................................................................398 Usuwanie błędów zdalnych aplikacji ..................................................................................................401 Podsumowanie.....................................................................................................................................402 ' ;-% '5( Dlaczego delegaty?..............................................................................................................................403 Podstawy używania delegatów ............................................................................................................405 Porównywanie delegatów....................................................................................................................409 Usuwanie delegatów............................................................................................................................410 Klonowanie delegatów ........................................................................................................................412 Serializacja delegatów .........................................................................................................................413 Delegaty asynchroniczne .....................................................................................................................416 Rozwiązanie problemu obiadu filozofów przy wykorzystaniu delegatów ...................................416 Zdarzenia i praca z delegatami ............................................................................................................421 Podstawy użycia zdarzeń ..............................................................................................................421 Zdarzenia Microsoftu ....................................................................................................................424 Podsumowanie.....................................................................................................................................427 12%)%)8%$& )$,,& ' Obsługa błędów przy użyciu wyjątków...............................................................................................429 Trudności związane z unikaniem wyjątków .................................................................................430 Właściwy sposób obsługi błędów .................................................................................................430 Omówienie wyjątków..........................................................................................................................430 Wyjątki C#...........................................................................................................................................436 Wyjątki VC++ .....................................................................................................................................443 Wyjątki VB..........................................................................................................................................447 Podstawowe wyjątki VB ...............................................................................................................447 Zaawansowane wyjątki VB...........................................................................................................449 Obsługa wyjątków w wielu językach ..................................................................................................451 Wyjątki P/Invoke.................................................................................................................................453 Wyjątki COM ......................................................................................................................................454 Zdalne wyjątki .....................................................................................................................................455 Wyjątki wątku i asynchronicznego wywołania zwrotnego .................................................................457 Wyjątki asynchronicznego wywołania zwrotnego........................................................................458 Wyjątki wątków ............................................................................................................................459 Podsumowanie.....................................................................................................................................460 + <)= 9:7 '+ Dwa różne, choć podobne, modele zabezpieczeń ...............................................................................465 Uprawnienia ..................................................................................................................................466 Bezpieczeństwo typologiczne .......................................................................................................468 Zasady zabezpieczeń .....................................................................................................................470 Główny obiekt ...............................................................................................................................484 Uwierzytelnianie ...........................................................................................................................484 Autoryzacja ...................................................................................................................................484 Zabezpieczenia oparte na rolach ...................................................................................................484 Zabezpieczenia dostępu kodu........................................................................................................491 Izolowane magazynowanie..................................................................................................................499 Kryptografia w .NET...........................................................................................................................501 Podsumowanie.....................................................................................................................................507 >-$ 5 Użycie refleksji do uzyskania informacji o typie ................................................................................510 Uzyskanie z podzespołu informacji o typie przy użyciu refleksji.................................................510 Użycie klasy typu ..........................................................................................................................518 Uzyskanie i wykorzystanie atrybutów przy użyciu refleksji.........................................................527 Dopasowanie metadanych przy użyciu własnych atrybutów........................................................529 Użycie refleksji do serializacji typów .................................................................................................534 Serializacja używana do pracy zdalnej..........................................................................................535 Serializacja XML ..........................................................................................................................540 Użycie refleksji do późnego wiązania obiektu ....................................................................................544 Dynamiczne generowanie kodu...........................................................................................................545 Model Code Document Object (CodeDom)..................................................................................545 Kompilacja kodu dla wielu języków .............................................................................................548 Mnożenie macierzy .......................................................................................................................550 Bezpośrednie generowanie kodu IL (Reflect.Emit) ......................................................................558 Podsumowanie.....................................................................................................................................559 0 ?-,-)$--)$ + Podstawy lokalizacji aplikacji .............................................................................................................561 Droga do międzynarodowej aplikacji..................................................................................................564 Użycie klasy CultureInfo ..............................................................................................................566 Użycie klasy RegionInfo ...............................................................................................................572 Użycie zasobów w aplikacji ..........................................................................................................572 Dostęp do zasobów .NET..............................................................................................................576 Wykorzystanie podzespołów satelitarnych ...................................................................................577 Przykład ręcznie tworzonej aplikacji ............................................................................................580 Przykład z użyciem Visual Studio .NET.......................................................................................582 Edytory IME..................................................................................................................................583 Podsumowanie.....................................................................................................................................585 1,&-)$ 9:7 0 Dostarczenie informacji użytkownikowi.............................................................................................588 Polecenia Trace i Debug ...............................................................................................................589 Polecenie Assert ............................................................................................................................598 Dzienniki zdarzeń..........................................................................................................................598 Zapewnienie informacji poprzez stronę ASP.NET .......................................................................602 Użycie klasy ErrorProvider ...........................................................................................................606 Weryfikacja wprowadzanych danych przy użyciu klasy ErrorProvider .......................................606 Użycie ErrorProvider do weryfikacji danych wprowadzanych do bazy danych ..........................607 Użycie debuggera ................................................................................................................................609 Ustawianie punktów kontrolnych..................................................................................................609 Krokowe uruchomienie kodu ........................................................................................................610 Informacje o statusie .....................................................................................................................610 Przyłączanie do działającego procesu ...........................................................................................612 Zdalne usuwanie błędów ...............................................................................................................614 Błędy ładowania podzespołów ............................................................................................................616 Tworzenie własnego debuggera ..........................................................................................................617 Faza uruchomieniowa debuggera Cordbg.....................................................................................624 Podsumowanie.....................................................................................................................................625 5 >--)$ 9:7 + Tradycyjne narzędzia do profilowania aplikacji .NET........................................................................627 Stworzenie obrazu użycia pamięci przy użyciu memsnap............................................................628 Uzyskanie informacji o wykorzystaniu procesora przy użyciu pstat ............................................629 Profilowanie wykorzystania pamięci przy użyciu vadump...........................................................630 Szczegółowy profil uruchomienia aplikacji .NET dostępny poprzez profile ...............................633 Monitorowanie błędów stron przy użyciu pfmon .........................................................................634 Monitorowanie synchronizacji procesów, pamięci i licznika wątków przy użyciu pview ...........635 Menedżer zadań.............................................................................................................................636 Monitorowanie ogólnosystemowych informacji przy użyciu perfmtr ..........................................637 Profilowanie przy użyciu exctrlst..................................................................................................638 Użycie Monitora wydajności i PerformanceCounters do profilowania aplikacji .NET......................639 Programowy dostęp do liczników wydajności..............................................................................652 Dodanie własnej kategorii liczników przy użyciu Server Explorera ............................................657 Tworzenie usługi zapisującej we własnym liczniku PerformanceCounter ...................................659 Monitorowanie własnego licznika wydajności .............................................................................661 Dodanie licznika w sposób programowy ......................................................................................663 Użycie własnych interfejsów API do profilowania.............................................................................663 General Code Profiler....................................................................................................................664 Użycie Hot Spots Trackera do odnalezienia często wykorzystywanego kodu .............................671 Podsumowanie.....................................................................................................................................676 () ;%!@ + Tworzenie programu w C# ..................................................................................................................679 Programowanie obiektowe w C#.........................................................................................................682 Obiekty C#...........................................................................................................................................683 Obiekty wartości ...........................................................................................................................683 Obiekty typów odniesień...............................................................................................................692 Typ wskaźnika...............................................................................................................................702 Podstawowe elementy programowania w C#......................................................................................704 abstract ..........................................................................................................................................704 as....................................................................................................................................................707 base................................................................................................................................................708 break ..............................................................................................................................................708 case ................................................................................................................................................709 catch ..............................................................................................................................................709 const ..............................................................................................................................................710 continue .........................................................................................................................................711 default............................................................................................................................................711 delegate..........................................................................................................................................711 do ...................................................................................................................................................711 else.................................................................................................................................................712 event ..............................................................................................................................................712 explicit ...........................................................................................................................................712 extern .............................................................................................................................................713 finally ............................................................................................................................................713 fixed...............................................................................................................................................714 for ..................................................................................................................................................714 foreach ...........................................................................................................................................714 goto................................................................................................................................................717 if ....................................................................................................................................................717 implicit ..........................................................................................................................................717 in....................................................................................................................................................717 interface .........................................................................................................................................717 internal...........................................................................................................................................719 is ....................................................................................................................................................720 lock ................................................................................................................................................720 namespace .....................................................................................................................................720 new ................................................................................................................................................720 operator..........................................................................................................................................720 out..................................................................................................................................................721 override..........................................................................................................................................721 params ...........................................................................................................................................721 private............................................................................................................................................722 protected ........................................................................................................................................722 public .............................................................................................................................................722 readonly .........................................................................................................................................723 ref ..................................................................................................................................................723 return .............................................................................................................................................724 sealed .............................................................................................................................................724 stackalloc .......................................................................................................................................724 static ..............................................................................................................................................725 switch ............................................................................................................................................725 throw..............................................................................................................................................726 try ..................................................................................................................................................726 typeof.............................................................................................................................................726 unchecked......................................................................................................................................727 unsafe ............................................................................................................................................727 using ..............................................................................................................................................727 virtual ............................................................................................................................................728 volatile ...........................................................................................................................................729 while ..............................................................................................................................................729 ;<<,--% 9:7 ( System.BitConverter............................................................................................................................731 System.Buffer ......................................................................................................................................732 System.Console ...................................................................................................................................732 System.Convert....................................................................................................................................733 System.DateTime ................................................................................................................................734 System.Environment............................................................................................................................735 System.Guid ........................................................................................................................................737 System.IFormatProvider......................................................................................................................737 System.Math ........................................................................................................................................739 System.OperatingSystem.....................................................................................................................740 System.Random...................................................................................................................................740 System.TimeSpan ................................................................................................................................741 System.TimeZone................................................................................................................................741 System.Version....................................................................................................................................742 System.Collections ..............................................................................................................................742 System.Collections.ArrayList .......................................................................................................742 System.Collections.BitArray.........................................................................................................743 System.Collections.Hashtable .......................................................................................................745 System.Collection.ICollection ......................................................................................................745 System.Collections.IDictionary ....................................................................................................746 System.Collections.Ienumerable ...................................................................................................747 System.Collections.Ilist.................................................................................................................747 System.Collections.Queue ............................................................................................................748 System.Collections.ReadOnlyCollectionBase ..............................................................................749 System.Collections.SortedList ......................................................................................................749 System.Collections.Stack ..............................................................................................................750 System.ComponentModel ...................................................................................................................755 System.ComponentModel.License................................................................................................756 System.ComponentModel.TypeDescriptor ...................................................................................760 System.Configuration ..........................................................................................................................761 System.Data.........................................................................................................................................762 System.Diagnostics..............................................................................................................................762 System.Drawing ..................................................................................................................................762 System.Drawing.Drawing2D ........................................................................................................763 System.IO ............................................................................................................................................765 System.Messaging ...............................................................................................................................767 System.Text .........................................................................................................................................769 System.Text.RegularExpression ...................................................................................................770 System.Timers .....................................................................................................................................771 System.Web.........................................................................................................................................772 System.Windows.Forms......................................................................................................................773 System.Xml .........................................................................................................................................777 System.Xml.Xsl ............................................................................................................................779 ;!,8&!" 0 Dodanie własnego hosta do CLR ........................................................................................................781 ;;&!" A/B-3)8 0 Historyczne tło wojny o zarządzanie kodem .......................................................................................787 Java kontra języki .NET ......................................................................................................................789 Java kontra C# .....................................................................................................................................792 Typy zdefiniowane przez użytkownika.........................................................................................793 Wyjątki ..........................................................................................................................................797 Właściwości ..................................................................................................................................799 Zdarzenia .......................................................................................................................................801 Dostęp do bazy danych .................................................................................................................803 Polimorfizm...................................................................................................................................806 Współpraca z klasycznym kodem .................................................................................................811 Atrybuty ........................................................................................................................................816 Serializacja ....................................................................................................................................817 Obsługa wersji...............................................................................................................................820 Uzyskanie informacji o typie w czasie pracy aplikacji .................................................................821 Analiza XML.................................................................................................................................823 Inne różnice między językami.......................................................................................................824 Dostęp do Internetu .......................................................................................................................824 Graficzny interfejs użytkownika ...................................................................................................825 Rozważania na temat firmy i pracowników ........................................................................................825 ;:<,-> 0 Rozdział 2 ............................................................................................................................................827 Rozdział 3 ............................................................................................................................................827 Rozdział 4 ............................................................................................................................................828 Rozdział 5 ............................................................................................................................................828 Rozdział 6 ............................................................................................................................................829 Rozdział 7 ............................................................................................................................................829 Rozdział 8 ............................................................................................................................................829 Rozdział 9 ............................................................................................................................................830 Rozdział 10 ..........................................................................................................................................830 Rozdział 11 ..........................................................................................................................................831 Rozdział 12 ..........................................................................................................................................832 Ogólne koncepcje sieci..................................................................................................................832 Przykłady i porady dotyczące System.Net ....................................................................................832 Rozdział 13 ..........................................................................................................................................833 Rozdział 14 ..........................................................................................................................................834 Rozdział 16 ..........................................................................................................................................835 Dodatek A............................................................................................................................................837 Dodatek B ............................................................................................................................................837 Dodatek D............................................................................................................................................838 C 0' CLR jest mechanizmem, który pobiera polecenia IL, dokonuje ich przekształcenia do poleceń kodu maszynowego, a następnie wykonuje je. Nie oznacza to jednak, że CLR interpretuje polecenia. CLR po prostu tworzy środowisko, w którym możliwe jest wykonanie kodu IL. Aby wszystkie te operacje działały w sposób wydajny i przenośny, również mechanizm wykonawczy musi być wydajny i zapewniać przenośność. Wydajność to kluczowy czynnik; jeżeli kod nie działa wystarczająco szybko, to wszystkie inne funkcje tracą na znaczeniu. Przenośność odgrywa ogromną rolę ze względu na ogromną liczbę urządzeń i procesorów, z którymi musi współpracować CLR. Przez długie lata Microsoft i Intel byli bliskimi partnerami. Microsoft wybrał linię procesorów Intela dla swojego oprogramowania, dzięki czemu możliwe było bezproblemowe tworzenie aplikacji związanych z obsługą różnych wersji architektur i poleceń procesora. Microsoft nie musiał tworzyć wersji dla procesora Motorola 68XXX, ponieważ nie był on obsługiwany. Ograniczenie zakresu obsługi procesorów stało się problemem, kiedy Win16 został zastąpiony przez Win32 (nie było interfejsów API Win16, ale użyłem tej nazwy dla API istniejących przed Win32). Programy wykorzystujące funkcje 32-bitowego procesora musiały zachować częściową zgodność ze starszymi API. Tworzenie takich aplikacji było poważnym przedsięwzięciem. Pojawienie się na horyzoncie Win64 oznacza, że Microsoft musi zaprzestać tworzenia wersji swojego oprogramowania do współpracy z każdym nowym procesorem, gdyż może zagrozić to problemami w funkcjonowaniu firmy. Microsoft próbuje penetrować rynek telefonów komórkowych, urządzeń przenośnych i tabletów. Wszystkie te urządzanie są sterowane przez ogromną liczbę procesorów o różnych architekturach. Oznacza to, iż nie jest możliwe już tworzenie oprogramowania powiązanego ściśle z procesorem. Remedium na problemy z bazowym adresem i wielkością danych (Win32 kontra Win64) jest środowisko wykonawcze Common Language Runtime. CLR umożliwia także przenoszenie kodu na różne platformy. Poniższy rozdział omawia szczegółowo architekturę środowiska wykonawczego dla zarządzanych aplikacji. Informacje na temat konkretnych poleceń obsługiwanych przez CLR można odnaleźć w rozdziale 5., „Podstawy języka Intermediate Language”. Przed pojawieniem się .NET plik wykonywalny (zwykle plik z rozszerzeniem .exe) był aplikacją. Innymi słowy, aplikacja znajdowała się w tym jednym pliku. Aby cały system działał bardziej efektywnie, aplikacja mogła wykorzystywać współdzielony kod znajdujący się najczęściej w pliku z rozszerzeniem .dll. Możliwe było użycie biblioteki importowej (plik zawierający odwołania funkcji do pliku DLL powiązanego z tą biblioteką) lub załadowanie biblioteki DLL w czasie pracy programu (przy użyciu , i ). W przypadku .NET jednostką wykonawczą i wdrożeniową jest podzespół. Uruchomienie aplikacji rozpoczyna się zwykle od podzespołu z rozszerzeniem .exe. Aplikacja może wykorzystywać współdzielony kod poprzez zaimportowanie podzespołu ze współdzielonym kodem. Odbywa się to przy użyciu określonego odwołania. Takie odwołanie można dodać w węźle Add References w Visual Studio .NET lub przy użyciu przełącznika wiersza poleceń . Ładowanie podzespołu przez aplikację odbywa się także poprzez metody i . Przed przejściem do kolejnej części rozdziału należy zapoznać się z pewnymi definicjami obowiązującymi w .NET: • Podzespół — podzespół jest główną jednostką wdrożeniową w strukturze .NET. W bibliotekach klas bazowych znajduje się klasa , która otacza fizyczny podzespół. Każde odniesienie w tej książce do tej klasy lub egzemplarza klasy będzie oznaczone właśnie nazwą . Klasa ta istnieje w przestrzeni nazw . Podzespół może zawierać odwołania do innych podzespołów i modułów. Rozdział 4. zawiera bardziej szczegółowe informacje na temat podzespołów. • Moduł — moduł to pojedynczy plik z wykonywalną zawartością. Podzespół może otaczać jeden lub więcej modułów; moduł nie może istnieć bez powiązanego z nim podzespołu. Podobnie jak w przypadku podzespołu, w bibliotece klas bazowych istnieje klasa , która zapewnia większość funkcji modułu. Każda wzmianka o odnosi się do tej klasy w bibliotece klas bazowych. Klasa istnieje w przestrzeni nazw . • AppDomain — domena aplikacji (może być nazwana lekką wersją procesu). Przed pojawieniem się .NET izolacja poszczególnych procesów odbywała się z wykorzystaniem systemu operacyjnego i komputera. Problemy z jednym procesem nie powodowały zawieszenia całego systemu. Dzięki ścisłej kontroli typów przez strukturę .NET dostępny jest mechanizm zapewniający ten sam poziom izolacji wewnątrz procesu. Ten mechanizm jest nazywany domeną aplikacji lub . Podobnie jak w przypadku modułów i podzespołów, w bibliotece klas bazowych istnieje klasa , która zapewnia większość funkcji domeny aplikacji. Ta klasa istnieje w przestrzeni nazw . Każde odwołanie do tej klasy w tej książce będzie nazwane . • IL lub MSIL — IL to skrót oznaczający język Intermediate Language, a MSIL oznacza Microsoft Intermediate Language. Wszystkie podzespoły są napisane w języku IL; jest to zestaw poleceń reprezentujących kod aplikacji. IL jest nazwany językiem pośrednim, ponieważ polecenia nie są przekształcane do kodu macierzystego aż do momentu, w którym będzie to niezbędne. Kiedy konieczne jest wykonanie !!""#! #$ %#!# & kodu opisującego metodę, odbywa się jego kompilacja w locie do kodu macierzystego przy użyciu kompilatora JIT. Rozdział 5. zawiera informacje o poszczególnych poleceniach IL. • JIT — skrót JIT (Just-In-Time) oznacza kompilację w locie. To określenie odnosi się do kompilatora wykonującego kod IL w razie potrzeby. Po załadowaniu kodu rozpoczyna się jego wykonywanie. Od tego momentu występują znaczące różnice pomiędzy starymi i nowymi aplikacjami .NET. W przypadku nie zarządzanego kodu kompilator i konsolidator już zdążyły przekształcić źródło do kodu macierzystego, dzięki czemu wykonywanie poleceń może rozpocząć się natychmiast. Oczywiście oznacza to kompilowanie oddzielnych wersji kodu dla każdego macierzystego środowiska. W niektórych przypadkach konieczność dostarczenia i obsługi oddzielnej wersji aplikacji dla każdego możliwego środowiska byłaby niepożądana, dlatego klient otrzymuje jedynie kompatybilną wersję. Prowadzi to do zastosowania najniższego wspólnego mianownika, gdyż producenci chcą sprzedawać oprogramowanie działające w wielu różnych środowiskach. W chwili obecnej niewiele firm oferuje aplikacje obsługujące systemy z akceleratorami grafiki. Dzieje się tak, gdyż producenci musieliby nie tylko dostarczać inną wersję programu dla każdej karty akceleratora, ale także umożliwić pracę aplikacji w środowisku bez takiej karty. Sytuacja wygląda bardzo podobnie w przypadku obsługi innych urządzeń sprzętowych, takich jak pamięć podręczna dysku twardego, pamięć podręczna procesora, szybkie urządzenia sieciowe, systemy wieloprocesorowe, wyspecjalizowane systemy do przetwarzania obrazu itp. W wielu innych przypadkach kompilacja kodu powoduje uzyskanie zoptymalizowanego i wydajnego programu dla konkretnego systemu, lub nie zoptymalizowanego programu dla większej liczby systemów. Jednym z pierwszych kroków wykonywanych przez CLR w celu uruchomienia programu jest sprawdzenie, czy dana metoda została przekształcona do postaci macierzystego kodu. Jeżeli tak się nie stało, wykonywana jest kompilacja w locie. Opóźnienie kompilacji metod zapewnia dwie ogromne korzyści. Po pierwsze, producent może opublikować jedną wersję oprogramowania, a CLR na konkretnym komputerze będzie odpowiedzialny za optymalizację kodu dla określonego środowiska sprzętowego. Po drugie, kompilator JIT może wykorzystać dostępne funkcje optymalizacji, dzięki czemu program będzie działał szybciej, niż analogiczny kod niezarządzany. Systemy zbudowane w oparciu o 64-bitowy procesor posiadają tryb kompatybilności, który umożliwia uruchamianie 32-bitowych programów bez konieczności modyfikacji. Ten tryb nie zapewnia jednak maksymalnej wydajności kodu. Jeżeli aplikacja została skompilowana do kodu IL, to może w pełni wykorzystać moc 64-bitowego procesora pod warunkiem, że mechanizm JIT może obsłużyć taki procesor. Proces ładowania i kompilacji metody jest powtarzany aż do momentu skompilowania wszystkich metod lub zakończenia pracy aplikacji. Pozostała część rozdziału omawia środowisko, w którym CLR wykonuje metody klas. CLR wymaga przedstawionych poniżej informacji o każdej metodzie. Wszystkie te dane są udostępniane CLR poprzez metadane podzespołu. ' Polecenia — CLR wymaga listy poleceń MSIL. Jak zostanie to pokazane w następnym rozdziale, każda metoda zawiera wskaźnik do zestawu poleceń. Ten wskaźnik stanowi część metadanych powiązanych z metodą. Podpis — każda metoda ma swoją sygnaturę, a CLR wymaga obecności takiego podpisu dla każdej metody. Podpis określa sposób wywoływania, typ zwrotny oraz liczbę i typy parametrów. Tablica obsługi wyjątków — nie istnieją konkretne polecenia IL do obsługi wyjątków, a jedynie dyrektywy. Zamiast takich poleceń podzespół dostarcza listę wyjątków, która zawiera typ wyjątku, adres przesunięcia do pierwszego polecenia po bloku wyjątku oraz długość bloku . W tabeli znajduje się także informacja o przesunięciu (offset) do kodu procedury obsługi, długości tego kodu oraz o żetonie opisującym klasę używaną do kapsułkowania wyjątku. Wielkość stosu oceny — te dane są dostępne poprzez metadane podzespołu; po uruchomieniu narzędzia ILDasm zwykle można zauważyć zapis , gdzie jest wielkością tego stosu. Logiczna wielkość stosu reprezentuje maksymalną liczbę elementów, jakie należy umieścić na stosie. Fizyczna wielkość elementów i stosu jest ustalana przez CLR w czasie kompilacji metody w locie. Opis lokalnych tablic — każda metoda musi zadeklarować z góry liczbę wymaganych elementów do lokalnego składowania. Podobnie jak stos oceny, jest to logiczna tabela elementów, choć w tym przypadku deklarowany jest także typ każdego elementu. Oprócz tego w metadanych znajduje się znacznik wskazujący, czy na początku każdego wywołania metody lokalne zmienne powinny być zainicjalizowane do wartości zerowej. Dzięki tym informacjom CLR może stworzyć abstrakcję, która normalnie byłaby ramką stosu macierzystego. Zwykle każdy procesor lub komputer tworzy ramkę stosu zawierającą argumenty (parametry) lub odwołania do argumentów metody. W ramce stosu umieszczane są także zwrotne zmienne w oparciu o konwencje wywoływania używane przez dany komputer lub procesor. Kolejność parametrów wejściowych i wyjściowych, a także sposób podania liczby parametrów, jest zależny od konkretnego komputera. Ponieważ wszystkie wymagane informacje są dostępne dla każdej metody, to CLR może ustalać rodzaj ramki stosu w czasie pracy aplikacji. Wywołanie metody odbywa się w taki sposób, aby zapewnić CLR minimalną kontrolę nad sposobem wykonania metody i jej stanem. Kiedy CLR wywołuje lub uruchamia metodę, dostaje się ona pod kontrolę CLR przy użyciu tzw. wątku kontroli (Thread of Control). Na poziomie IL obsługiwany jest prosty zestaw typów. Możliwa jest manipulacja tymi typami przy użyciu poleceń IL: — 8-bitowa wartość ze znakiem i uzupełnieniem do 2; () — 8-bitowa wartość binarna bez znaku; !!""#! #$ %#!# () — 16-bitowa wartość ze znakiem i uzupełnieniem do 2; () — 16-bitowa wartość binarna bez znaku; ! () — 32-bitowa wartość ze znakiem i uzupełnieniem do 2; ! () — 32-bitowa wartość binarna bez znaku; " () — 64-bitowa wartość ze znakiem i uzupełnieniem do 2; () — 64-bitowa wartość binarna bez znaku; # ! (#) — 32-bitowa wartość zmiennoprzecinkowa IEC 60559:1989; #" () — 64-bitowa wartość zmiennoprzecinkowa IEC 60559:1989; $ — wartość macierzystej wielkości ze znakiem i uzupełnieniem do 2; $ — wartość macierzystej wielkości bez znaku i z uzupełnieniem do 2; — wartość zmiennoprzecinkowa macierzystej wielkości; ta zmienna jest wykorzystywana wewnętrznie przez CLR i nie jest widoczna dla użytkownika; % — odwołanie obiektu macierzystej wielkości do zarządzanej pamięci; & — zarządzany wskaźnik macierzystej wielkości. Są to typy, które mogą być reprezentowane w pamięci, ale występują pewne ograniczenia przetwarzania tych elementów danych. Jak zostanie to omówione w kolejnej części rozdziału, CLR przetwarza te elementy na stosie oceny, który stanowi część danych stanu dla każdej metody. Stos stanu może przedstawiać element dowolnej wielkości, ale jedyne operacje, jakie mogą być wykonane na zdefiniowanych przez użytkownika typach wartości, to kopiowanie z i do pamięci oraz obliczanie adresów tych typów wartości. Wszystkie operacje związane z wartościami zmiennoprzecinkowymi wykorzystują wewnętrzne przedstawienie wartości zmiennoprzecinkowej, które jest zależne od sposobu implementacji (wartość ). Pozostałe typy danych (poza omówioną wartością zmiennoprzecinkową) z macierzystą wielkością to $, $, odwołanie obiektu macierzystej wielkości (%) i zarządzany wskaźnik macierzystej wielkości (&). Te typy danych tworzą mechanizm pozwalający CLR na opóźnienie wyboru wielkości wartości. Dzięki temu mechanizmowi $ może mieć 64 bity na procesorze IA64 lub 32 bity na procesorze Pentium. Dwa typy danych mogą wydawać się znajome; są to typy % i &. Zmienna % wskazuje zarządzany obiekt, ale jej użycie jest ograniczone do poleceń jednoznacznie wskazujących operacje na zarządzanym typie lub poleceń, których metadane wskazują możliwość użycia odwołań do zarządzanego obiektu. Typ % wskazuje „poza” obiekt lub obiekt jako całość. Typ & również jest odwołaniem do zarządzanego obiektu, ale może być użyty w celu wskazania pola obiektu lub elementu tablicy. Typy % i & są śledzone przez CLR i mogą się zmieniać w zależności od rezultatów oczyszczania pamięci. Typ macierzystej wielkości może być użyty także dla niezarządzanych wskaźników. Choć takie wskaźniki mają zdefiniowany typ w metadanych, to w kodzie IL są reprezentowane jako $. Daje to CLR możliwość przydzielania niezarzą- ( dzanego wskaźnika do większej przestrzeni adresowej na procesorach ją obsługujących bez niepotrzebnego blokowania pamięci w przypadku procesorów nieobsługujących tak dużej przestrzeni adresowej. Niektóre polecenia IL wymagają obecności adresu na stosie, na przykład: — '((!('((#) → '*+,.* / — '(-*(-012*(*+,→… — '((*+,(*+,→ … 3 — '(→ '(*+, 3 — '((*+,→ ' Użycie macierzystego typu gwarantuje przenośność operacji związanych z tym typem. Jeżeli adres został podany w formie 64-bitowej liczby całkowitej, to może on być przenośny, W tym celu należy jednak upewnić się, czy wartość została prawidłowo przekonwertowana do postaci adresu. Jeżeli adres jest podany jako wartość 32-bitowa lub mniejszy, to nigdy nie będzie on przenośny, nawet jeżeli będzie działał poprawnie na większości komputerów 32-bitowych. W wielu przypadkach jest to kwestia związana z generatorem IL lub kompilatorem i nie należy się tym martwić. Należy jednak pamiętać, iż można uniemożliwić przenośność kodu poprzez niewłaściwe zastosowanie tych poleceń. Krótkie wartości numeryczne (których wartość jest mniejsza niż 4 bajty) są rozszerzane do 4 bajtów po załadowaniu (a konkretnie po skopiowaniu z pamięci na stos) oraz zawężane w czasie składowania (czyli przy kopiowaniu ze stosu do pamięci). Wszystkie operacje związane z krótkimi wartościami numerycznymi tak naprawdę są wykonywane na 4-bajtowych wartościach. Do obsługi krótkich wartości służą specjalne polecenia IL: ładowanie i składowanie z i do pamięci — , , i ; konwersja danych — $ i $#$; tworzenie tablicy — *. IL obsługuje jedynie operacje ze znakiem. Operacje ze znakiem i bez znaku różnią się sposobem interpretacji wartości. W przypadku gdy sposób interpretacji nie ma znaczenia, dana operacja występuje w wersji ze znakiem i bez znaku. Dla przykładu, polecenia i porównują dwie wartości w celu wybrania większej z nich. CLR wprowadza koncepcję macierzystego położenia obiektu, co pozwala na śledzenie obiektów. Macierzyste położenie obiektu jest miejscem przechowywania wartości obiektu i musi zapewniać mechanizm ustalania typu obiektu dla kompilatora JIT. Obiekt przekazywany jako odwołanie musi posiadać swoje macierzyste położenie, ponieważ przekazywany jest również jego adres. Dwa typy danych nie mają takiego położenia i nie mogą być przekazane jako odwołanie; są to stałe oraz wartości pośrednie na stosie oceny dla poleceń IL lub wartości zwrotnych metod. CLR obsługuje następujące położenia obiektów: !!""#! #$ %#!# Przychodzący argument — polecenia i sprawdzają adres położenia argumentu. Podpis metody decyduje o jej typie. Lokalna zmienna — polecenia i ustalają adres lokalnej zmiennej. Lokalny stos oceny ustala typ takiej zmiennej jako część metadanych. Pole (egzemplarza lub statyczne) — dla pola egzemplarza należy użyć polecenia #, natomiast dla statycznego pola #. Oba polecenia umożliwiają ustalenie adresu pola. Metadane powiązane z interfejsem klasy lub modułem decydują o typie pola. Element tablicy — polecenie pozwala na uzyskanie adresu elementu tablicy. Typ tablicy decyduje o typie elementu. ) Wątek kontroli w CLR (Thread of Control) niekoniecznie musi odpowiadać macierzystym wątkom systemu operacyjnego. Klasa 455 z biblioteki klas bazowych zapewnia logiczne kapsułkowanie dla wątku kontroli. Więcej informacji na temat wątków można znaleźć w rozdziale 11., „Obsługa wątków”. Przy każdym wywołaniu metody konieczne jest wykonanie procedury sprawdzającej, czy dana metoda została skompilowana w locie. Rysunek 3.1 przedstawia schemat stanu CLR. Nie jest to dokładny schemat, ponieważ pokazane jest proste powiązanie między dwoma metodami. Rysunek byłby znacznie bardziej skomplikowany w przypadku użycia instrukcji skoku lub obsługi wyjątków. Stan komputera z perspektywy CLR (* Zarządzana sterta na rysunku 3.1 odnosi się do pamięci zarządzanej przez CLR. Szczegółowe informacje o zarządzanych stosach i funkcjach oczyszczania pamięci zostaną przedstawione w rozdziale 10., „Zarządzanie pamięcią i zasobami”. Przy każdym wywołaniu pamięci tworzony jest stan metody, który obejmuje następujące elementy: Wskaźnik polecenia — wskazuje kolejne polecenie IL, które aktualna metoda ma wykonać. Stos oceny — jest to stos podany przez dyrektywę . Kompilator ustala w czasie kompilacji liczbę gniazd wymaganych na stosie. Tablica lokalnych zmiennych — jest to ta sama tablica, która została zadeklarowana i prawdopodobnie zainicjalizowana w metadanych. Dostęp do tych zmiennych z poziomu IL odbywa się poprzez indeks tej tablicy. Odwołania do tej tablicy w kodzie IL można odnaleźć, na przykład, w poleceniu 6 (załadowanie na stos zmiennej 6 z tablicy lokalnych zmiennych) lub (umieszczenie wartości na stosie w lokalnej zmiennej ). Tablica argumentów — jest to tablica argumentów przekazywanych do metody. Manipulacja tymi argumentami odbywa się przy użyciu poleceń IL, na przykład 6 (załadowanie argumentu 6 na stos) lub (zapisanie wartości do argumentu na stosie). Uchwyt 78# — ten zbiór informacji jest dostępny w metadanych podzespołu. Uchwyt wskazuje informacje o podpisie metody (liczba i typ argumentów oraz typy zwrotne), typach lokalnych zmiennych i o danych wyjątków. Pula lokalnej pamięci — IL posiada instrukcje umożliwiające alokację pamięci adresowalnej przez aktualną metodę (). Po powrocie metody pamięć jest odzyskiwana. Uchwyt zwrotnego stanu — uchwyt ten jest używany do zwrócenia stanu po zakończeniu metody. Deskryptor zabezpieczeń — CLR wykorzystuje ten deskryptor do zapisu ustawień zabezpieczeń zmienianych w sposób programowy lub poprzez własne atrybuty. Stos oceny nie musi równać się fizycznej reprezentacji. Za obsługę fizycznej reprezentacji stosu oceny odpowiedzialny jest CLR oraz docelowy procesor. Z logicznego punktu widzenia stos oceny jest zbudowany z gniazd mogących przechowywać dowolny typ danych. Wielkość takiego stosu nie może być nieustalona. Nie jest możliwe, na przykład, użycie kodu, który powoduje umieszczenie na stosie zmiennej nieskończoną lub nieustaloną liczbę razy. Polecenia związane z operacjami na stosie oceny nie mają typu; na przykład polecenie dodaje dwie liczby, a powoduje ich pomnożenie. CLR śledzi typy danych i używa je w czasie kompilacji metody w locie. CLR zapewnia obsługę bogatego zestawu poleceń do kontroli pracy metody: !!""#! #$ %#!# Warunkowe lub bezwarunkowe rozgałęzienie — sterowanie może być przekazywane w dowolne miejsce metody pod warunkiem, że nie przekracza granicy chronionego regionu. Chroniony region jest definiowany w metadanych jako region powiązany z procedurą obsługi zdarzenia. W języku C# region ten jest znany jako blok , a powiązany blok jest procedurą obsługi. CLR pozwala na obsługę wielu różnych procedur obsługi zdarzeń, które zostaną opisane w dalszej części książki. Warto pamiętać, że warunkowe lub bezwarunkowe rozgałęzienie nie może kierować do miejsca docelowego poza granicami wyjątku. W przypadku C# nie jest możliwe opuszczenie bloku lub . Nie jest to ograniczenie języka C#, a raczej kodu IL, dla którego C# służy jako generator kodu. Wywołanie metody — wiele poleceń umożliwia metodom wywołanie innych metod, co powoduje utworzenie nowych stanów w sposób opisany wcześniej. Przyrostek wywołania — jest to specjalny przedrostek umieszczony bezpośrednio przed wywołaniem metody; nakazuje wywołującej metodzie odrzucenie swojej ramki stosu przed wywołaniem metody. Powoduje to powrót wywoływanej metody do miejsca, do którego powróciłaby metoda wywołująca. Powrót — jest to po prostu powrót z metody. Skok metody — jest to optymalizacja wywołania z przyrostkiem, które przekazuje argumenty i sterowanie metodą do innej metody o tym samym podpisie, co powoduje usunięcie aktualnej metody. Poniższy fragment kodu przedstawia prosty skok metody: (+ ! " # # # ! " Polecenia rozpoczynające się od komentarza 9.: nie zostaną nigdy wykonane, ponieważ powrót z : jest zastąpiony przez powrót z . Wyjątek — obejmuje zestaw poleceń generujących wyjątek i przekazujących sterowanie poza chroniony region. CLR wymusza zastosowanie wielu reguł w czasie przekazywania sterowania wewnątrz metody. Po pierwsze, nie jest możliwe przekazanie sterowania do procedury obsługi wyjątku (blok , # itd.), chyba że jest to wynik wyjątku. To ograniczenie jest związane z regułą mówiącą, że miejsce docelowe rozgałęzienia nie może przekraczać chronionego regionu. Po drugie, jeżeli wykonywany jest kod procedury obsługi dla chronionego regionu, to nie jest możliwe przekazanie sterowania poza tę procedurę, używając innych poleceń niż ograniczony zestaw poleceń obsługi wyjątków ($, #, # i ). W przypadku próby powrotu z metody z wew- (, nątrz bloku # w C# kompilator wygeneruje błąd. Nie jest to ograniczenie języka C#, ale samego kodu IL. Po trzecie, każde gniazdo w stosie oceny musi zachować swój typ przez cały cykl życia stosu (czyli cykl życia metody). Innymi słowy, nie jest możliwa zmiana typu gniazda (zmiennej) na stosie oceny. Zwykle nie stanowi to problemu, ponieważ taki stos nie jest w żaden sposób dostępny dla użytkownika. Po czwarte, wszystkie ścieżki programu muszą zakończyć się poleceniem powrotu (), skokiem metody ()/), wywołaniem z przyrostkiem (3) lub zgłoszeniem wyjątku. CLR może wywoływać metody na trzy różne sposoby. Poszczególne wywołania różnią się jedynie sposobem podania deskryptora miejsca wywołania. Taki deskryptor dostarcza CLR i mechanizmowi JIT informacji niezbędnych do wygenerowania macierzystego wywołania metody, udostępnia metodzie właściwe argumenty, a także umożliwia powrót metody. Polecenie jest najprostszym wywołaniem metody i jest używane w przypadku, gdy docelowy adres jest obliczany w czasie pracy aplikacji. To polecenia pobiera dodatkowy argument w postaci wskaźnika funkcji, który istnieje w miejscu wywołania jako argument. Wskaźnik ten jest obliczany przy użyciu poleceń # lub $#. Miejsce wywołania jest podane w metadanych w tablicy 44 (por. rozdział 4.). Polecenie jest używane, jeżeli adres funkcji jest znany w czasie kompilacji, na przykład w przypadku statycznej metody. Deskryptor miejsca wywołania wywodzi się z żetonu 7;# lub 79#, który stanowi część polecenia. Opis tych dwóch tabel znajduje się w rozdziale 4. Polecenie $ wywołuje metodę konkretnego egzemplarza obiektu. Również to polecenie obejmuje żeton 7;# lub 79#, ale wymagany jest dodatkowy argument, który odnosi się do konkretnego egzemplarza, dla którego wywoływana jest metoda. CLR wykorzystuje prostą, jednakową konwencję wywoływania metod w kodzie IL. Jeżeli wywoływana metoda jest metodą egzemplarza, to na stosie najpierw umieszczane jest odwołanie do egzemplarza obiektu, a następnie poszczególne argumenty metody w kolejności od lewej do prawej. W wyniku tej operacji ze stosu pobierany jest najpierw wskaźnik , po którym następuje wywoływana metoda i poszczególne argumenty w kolejności od numeru 0 do n. Jeżeli wywoływana jest statyczna metoda, to nie istnieje powiązany wskaźnik egzemplarza, a stos zawiera tylko jeden argument. W przypadku polecenia na stos trafiają najpierw argumenty w kolejności od lewej do prawej, a następnie wskaźnik funkcji. CLR i JIT muszą dokonać translacji tych danych do najwydajniejszej macierzystej konwencji wywołania. CLR obsługuje trzy mechanizmy przekazywania parametrów: !!""#! #$ %#!# Według wartości — wartość obiektu jest umieszczana na stosie. W przypadku wbudowanych typów, takich jak wartości całkowite i zmiennoprzecinkowe, oznacza to po prostu ich położenie na stosie. Jeżeli jest to obiekt, to na stos trafia odwołanie typu %. W przypadku zarządzanych i niezarządzanych wskaźników na stosie umieszczany jest adres. Trochę inaczej wygląda obsługa własnych typów wartości, gdyż wartość poprzedzająca wywołanie metody jest umieszczana na stosie oceny na dwa sposoby. Po pierwsze, wartość może być bezpośrednio położona na stosie przy użyciu polecenia , , # lub #. Po drugie, możliwe jest obliczenie wartości, która trafi na stos z wykorzystaniem polecenia ). Według odwołania — w przypadku tej konwencji do metody przekazywany jest adres parametru, a nie jego wartość. Pozwala to na modyfikację parametru przez metodę. Tylko wartości posiadające własne domy mogą być przekazywane według odwołania, ponieważ przekazywany jest adres ich domu. W przypadku kodu, którego bezpieczeństwo typologiczne może być zweryfikowane, parametry powinny być przekazywane i wykorzystywane tylko przy użyciu poleceń 3i 3. Odwołanie typu — przypomina normalne odwołanie, ale oprócz odwołania danych przesyłany jest również statyczny typ danych. Pozwala to IL na obsługę takich języków jak VB, które mogą posiadać metody nie będące statycznie ograniczonymi do akceptowanych typów danych, ale wymagają przekazania nie spakowanej wartości według odwołania. Aby wywołać taką metodę, należy skopiować istniejące odwołanie typu lub użyć polecenia # w celu utworzenia typu odwołania danych. W przypadku obecności takiego typu adres jest obliczany przez polecenie #$. Parametr odwołania typu musi odnosić się do danych posiadających dom. ( CLR umożliwia obsługę wyjątkowych warunków lub błędów dzięki obiektom wyjątków i chronionym blokom kodu. Blok jest przykładem chronionego bloku w C#. CLR obsługuje cztery różne rodzaje procedur obsługi wyjątków: — blok ten będzie wykonany po zakończeniu metody niezależnie od sposobu wyjścia — może to być normalna ścieżka wykonania (bezpośrednio lub przy użyciu ) lub nieobsługiwany wyjątek. — ten blok będzie wykonany w przypadku wystąpienia wyjątku, ale już nie, kiedy metoda zakończy pracę w normalny sposób. Filtrowanie według typu — ten blok kodu zostanie wykonany, jeżeli wykryto zgodność typu wyjątku dla tego kodu oraz zgłoszonego wyjątku. Odpowiada to blokowi w C#. Filtrowanie przez użytkownika — obsługa wyjątku przez blok kodu jest zależna od zestawu poleceń IL, które mogą nakazać zignorowanie wyjątku albo obsługę wyjątku przez aktualną lub następną procedurę obsługi. Przypomina to procedurę obsługi _ / w Structured Exception Handling (SEH). ( Nie każdy język generujący kod IL wykorzystuje wszystkie sposoby obsługi wyjątków, na przykład C# nie obsługuje procedur obsługi wyjątków filtrowanych przez użytkownika, natomiast VB pozwala na to. Kiedy wystąpi wyjątek, CLR przeszukuje tablicę obsługi wyjątków stanowiącą część metadanych każdej metody. Tablica ta definiuje chroniony region oraz blok kodu obsługujący konkretny wyjątek. W tablicy znajduje się także informacja o przesunięciu od początku metody oraz o wielkości bloku kodu. Każdy wiersz w tablicy obsługi wyjątków podaje chroniony region (przesunięcie i wielkość), typ procedury obsługi (jeden z czterech wcześniej omówionych typów) oraz blok procedury obsługi (przesunięcie i wielkość). Oprócz tego wiersz procedury filtrowania według typu zawiera informacje o docelowym typie wyjątku. Procedura obsługi z filtrowaniem przez użytkownika zawiera etykietę rozpoczynającą blok kodu, który zostanie wykonany w celu ustalenia, czy blok procedury ma być wykonany wraz ze specyfikacją regionu procedury. Wydruk 3.1 przedstawia fragment pseudokodu C# do obsługi wyjątków. Pseudokod obsługi wyjątków w C# ! $! " %&' (!!)* +!,,)* " + (!!)*+ " Dla kodu z wydruku 3.1 istnieją dwa wiersze w tablicy obsługi wyjątków; jeden z nich jest wymagany przez procedurę obsługi z filtrowaniem według typu, a drugi dla bloku #. Oba wiersze odnoszą się do tego samego chronionego bloku kodu, a mianowicie do bloku . Wydruk 3.2 zawiera jeszcze jeden przykład schematu obsługi wyjątków, ale tym razem w Visual Basicu. Pseudokod obsługi wyjątków w VB -! .$!!* $%&'/01 .(!!)*,2 +!,! 3, $%&-, .(!!)*+ !!""#! #$ %#!# (& %-! Pseudokod z wydruku 3.2 powoduje utworzenie trzech wierszy w tablicy obsługi wyjątków. Pierwszy blok < jest procedurą obsługi z filtrowaniem przez użytkownika — jest ona przekształcona do pierwszego wiersza tabeli. Drugi blok < to procedura obsługi z filtrowaniem typu; jest ona identyczna jak analogiczna procedura w języku C#. Trzeci i ostatni wiersz w tabeli to procedura obsługi . Po wygenerowaniu wyjątku CLR wyszukuje pierwszą zgodną procedurę w tablicy obsługi wyjątków. Zgodność oznacza, że wyjątek został zgłoszony w momencie, gdy zarządzany kod znajdował się w chronionym bloku podanym przez konkretny wiersz. Oprócz tego zgodna procedura obsługi musi „chcieć” obsłużyć wyjątek (filtr użytkownika ma wartość , typ jest zgodny ze zgłoszonym wyjątkiem, kod opuszcza metodę, tak jak w # itd.). Pierwszy wiersz w tablicy obsługi wyjątków, jaki zostanie dopasowany przez CLR, staje się wybraną procedurą obsługi. Jeżeli takiej procedury dla danej metody nie znaleziono, to następuje badanie metody wywołującej aktualną metodę. Takie wyszukiwanie jest kontynuowane aż do momentu odnalezienia właściwej procedury lub osiągnięcia szczytu stosu; w takim przypadku wyjątek jest deklarowany jako nieobsługiwany. Przepływem wyjątków poprzez chronione regiony i powiązane procedury obsługi zarządza wiele reguł. Zastosowanie tych reguł jest wymuszane przez kompilator (generator kodu IL) lub CLR, ponieważ metoda jest kompilowana w locie. Należy pamiętać, że chroniony region i powiązana procedura obsługi są umieszczane na szczycie istniejącego bloku kodu IL. Ustalenie znajdującej się w metadanych struktury obsługi wyjątków nie jest możliwe na poziomie kodu IL. Poniżej przedstawiono zestaw reguł używanych przez CLR w czasie przekazywania sterowania z i do bloków obsługi wyjątków: Sterowanie może być przekazane do bloku obsługi wyjątków tylko poprzez mechanizm wyjątków. Istnieją dwie metody przekazania sterowania do chronionego regionu (blok ). Po pierwsze, proces wykonawczy może przejść do pierwszego polecenia chronionego regionu. Po drugie, polecenie $ w procedurze z filtrowaniem typu może zdefiniować przesunięcie (offset) do dowolnego polecenia w chronionym bloku, przy czym nie musi to być pierwsze polecenie. W momencie przejścia do chronionego regionu stos oceny musi być pusty. Oznacza to, że żaden element nie może umieścić wartości na stosie przed wejściem do chronionego regionu. Wyjście z chronionego regionu poprzez powiązane procedury obsługi jest rygorystycznie kontrolowane. Opuszczenie dowolnego bloku obsługi wyjątków jest możliwe poprzez zgłoszenie kolejnego wyjątku. Kiedy sterowanie znajduje się w chronionym regionie lub bloku procedury obsługi (a nie w # lub #), możliwe jest użycie polecenia $, co przypomina (' bezwarunkowe rozgałęzienie. Skutkiem ubocznym jest jednak wyczyszczenie stosu oceny. Miejscem docelowym polecenia $ może być dowolne polecenie w chronionym regionie. Blok obsługi z filtrowaniem przez użytkownika musi kończyć się poleceniem #. To polecenie pobiera pojedynczy argument ze stosu oceny w celu ustalenia sposobu kontynuacji procedury obsługi wyjątku. Blok # lub # kończy się poleceniem #. To polecenie powoduje wyczyszczenie stosu oceny i powrót do otaczającej metody. Sterowanie może być przekazane poza blok procedury z filtrowaniem typu poprzez ponowne zgłoszenie wyjątku. Jest to specjalny przypadek, w którym aktualnie obsługiwany wyjątek jest zgłaszany po raz wtóry. Żaden blok procedury obsługi ani chroniony region nie może wykonać polecenia w celu powrotu do otaczającej metody. Bloki procedury obsługi wyjątków nie mogą wykonywać lokalnej alokacji. Polecenie nie jest dostępne w żadnej procedurze obsługi. W dokumentacji można odnaleźć informacje mówiące o wyjątkach, jakie mogą być wygenerowane przez pojedyncze polecenie. CLR potrafi wygenerować następujące wyjątki jako efekt wykonania konkretnych poleceń IL: /; ;$:= /; /; 8$ /; %$#* /; 4 /; 4%$#* /. Następujące wyjątki są generowane w wyniku błędów i niezgodności modelu obiektów: 5/ /; 8 %%#9 /; 8$ /; 8$< /; 7 /; 77 /; >9# /; %%#7 /; 4 /; 4%$#* /. !!""#! #$ %#!# ( Wyjątek / może być zgłoszony przez dowolne polecenie i informuje o napotkaniu przez CLR nieoczekiwanej niezgodności. Ten wyjątek nie zostanie nigdy zgłoszony, jeżeli zweryfikowano kod. Wiele wyjątków jest zgłaszanych w efekcie nieudanego odwzorowania, na przykład, jeżeli nie odnaleziono metody lub metoda ma niewłaściwy podpis. Poniżej przedstawiono listę takich wyjątków: :8 /; > /; 7 /; 77 /; 77 /; >4// /; 5/ /; 5/? /. Wiele wyjątków może być zgłoszonych wcześnie, ponieważ kod je wywołujący jest aktualnie uruchomiony. Zwykle jest to spowodowane wykryciem błędu w czasie konwersji kodu IL do postaci macierzystego kodu (błąd kompilacji w locie). Poniżej przedstawiono listę takich wyjątków: 7 /; 77 /; 4 /; 5/ /. Wyjątki zostaną omówione bardziej szczegółowo w rozdziale 15., „Użycie zarządzanych wyjątków do efektywnej obsługi błędów”. Jeżeli ustalono, że tożsamość obiektu nie może być współdzielona, to CLR ustanawia granicę pracy zdalnej przy użyciu proxy. Proxy reprezentuje obiekt po jednej stronie granicy, natomiast wszystkie pola egzemplarza i odwołania metod są przekazywane na drugą stronę. Proxy jest automatycznie tworzone dla obiektów wywodzących się z 4@ 7:9#%). Funkcje pracy zdalnej zostaną omówione bardziej szczegółowo w rozdziale 13., „Tworzenie rozproszonych aplikacji przy użyciu .NET Remoting”. (( CLR posiada mechanizm umożliwiający izolację aplikacji działających w tym samym procesie systemu operacyjnego. Ten mechanizm jest nazywany domeną aplikacji. Klasa w bibliotece klas bazowych udostępnia funkcje tej AppDomain. W celu zapewnienia efektywnej komunikacji między dwoma izolowanymi obiektami niezbędne jest utworzenie granicy pomiędzy domenami aplikacji. ! "" Dostęp do pamięci w środowisku wykonawczym musi być prawidłowo zorganizowany. Oznacza to, że adres dostępu do wartości lub ( lub , dwubajtowe wartości) musi być parzysty. Dostęp do wartości !, ! i # ! (, i #, 4-bajtowe wartości) musi być określony adresami podzielnymi przez 4. Dostęp do wartości ", " i #" (, i , 8-bitowe wartości) musi cechować się adresami podzielnymi przez 4 lub 8 (w zależności od architektury). Z kolei adres używany do dostępu do macierzystych typów ($, $ oraz &) musi być podzielny przez 4 lub 8 (w zależności od macierzystego środowiska). Prawidłowa organizacja danych gwarantuje niepodzielność zapisywanych i odczytywanych danych o wielkości nie przekraczającej wielkości $. Niektóre polecenia dostępu do pamięci w IL umożliwiają użycia przedrostka $. Oznaczenie dostępu do pamięci w ten sposób nie gwarantuje niepodzielności danych, ale zapewnia odczyt zmiennej z pamięci przed uzyskaniem dostępu do pamięci. Innymi słowy, słowo kluczowe gwarantuje zapis do pamięci przed przyznaniem dostępu do zmiennej w pamięci. Zadaniem przedrostka $ jest symulacja sprzętowego rejestru procesora. #$% CLR obsługuje wiele różnych mechanizmów gwarantujących synchronizację dostępu do danych. Synchronizacja wątków zostanie omówiona szczegółowo w rozdziale 11. Poniżej przedstawiono niektóre blokady stanowiące część modelu wykonawczego CLR: Blokady zsynchronizowanych metod — CLR umożliwia blokadę zarówno konkretnego egzemplarza (blokada wskaźnika ), jak i blokadę typu, dla którego zdefiniowano metodę (statyczna blokada). Blokada umożliwia wielokrotny dostęp do metody z tego samego wątku (rekurencja lub inne metody wywołania); dostęp do blokady z innego wątku będzie niemożliwy aż do momentu zwolnienia blokady. Jawne blokady — ten typ blokad jest zapewniany przez bibliotekę klas bazowych. Ulotny zapis i odczyt — jak już wspomniano wcześniej, oznaczenie metody jako $ nie gwarantuje podzielności, chyba że wielkość wartości jest mniejsza lub równa $, oraz jest prawidłowo zorganizowana. !!""#! #$ %#!# () Operacje podzielne — biblioteka klas bazowych umożliwia wiele takich operacji dzięki klasie 458. W tym rozdziale omówiono krótko strukturę, w której wykonywany jest kod. Należy pamiętać, że na najniższym poziomie CLR jest mechanizmem umożliwiającym wykonanie poleceń IL. Pozwoli to lepiej zrozumieć sposób wykonywania IL i kodu aplikacji w CLR. Kolejną kwestią są reguły ładowania podzespołu i wykonywania metody. W rozdziale można odnaleźć szczegółowe informacje o sterowaniu działaniem metody, a także o wbudowanych mechanizmach obsługi błędów i wyjątków w tym środowisku wykonawczym. Przedstawiłem także wbudowane w CLR funkcje pracy zdalnej. Ostatnim tematem rozdziału było omówienie sposobów dostępu kodu do pamięci oraz synchronizacji dostępu do metod w sytuacji, gdy wiele wątków może uzyskać dostęp do magazynu metod.
